《自然》：科学家发明载玻片，无需染色，能直接观察到早期癌症的存在

原创 代丝雨 奇点网 收录于话题#癌症 112 个内容 #奇点网 17 个内容

奇点糕一直觉得，各种生物染料的发明和发现可以位列科学史上最重要的突破之一，是这些色彩缤纷的小分子让人类的视野边界无穷扩展，得以认识到更广阔的世界。

从更实际的角度来说，染色是组织病理学的基础，构筑诸多疾病诊断的核心要素。而且，清晰的组织切片真的很好看！

视网膜的苏木精和伊红（H＆E）染色 | wiki

不过呢，染色技术说到底还是让原本接近透明的生物组织呈现色彩、更容易观察。具体是否发生了病变（比如细胞形态的改变），还是需要病理医生或未来的AI去辨别。

那么有没有什么方法让疾病自己“显形”呢？

本周发表在《自然》杂志上的一项新研究，提出了一个魔法般的解决方案[1]。

来自澳大利亚拉筹伯大学的科学团队开发了一种具有特殊光学结构的载玻片，无需任何特殊处理，即可令不同的细胞和组织展现出不同的色彩。通过颜色的变化，研究者们成功区分了正常的上皮组织、癌前组织和乳腺癌组织。

当然了，除了载玻片比较“智能”，整个过程没有其他任何特殊步骤，所以后续要做组织染色或免疫组化分析，都根本不耽误，可以说是非常实用了。

肉眼识癌，这就是魔法科学的力量！

那么接下来我们就先来看看，这块神奇载玻片是怎么回事吧。

大家知道结构光吗？自然界中很多神奇的色彩，其实是通过微观结构对光的反射不同形成的。比如说蝴蝶的翅膀，在电子显微镜下可以观察到非常精巧的结构。

蝴蝶翅膀的微观结构 | wiki

还有大小朋友们都喜欢吹的泡泡，由于泡泡膜厚度的不同，在光线下也会产生彩虹一样的色带。

对结构光有了概念，就很好理解今天要说的这块神奇载玻片了。

简单来说，科学家们在普通的载玻片上附加了一层特殊纳米涂层，涂层上的阵列结构形成的光位于470-550nm可见光范围内，上面再附加一层超薄的保护层使得纳米涂层不受环境的影响。

将生物样本放置在载玻片上，不同组织的细胞密度差异会导致最终我们观察到的颜色不同。

科学家设计的两种不同纳米涂层示例

纳米载玻片实物

放了样本的样子

工具有了，能不能如科学家所愿就得看实验结果了。

这里科学家们选择了一种自发性乳腺癌的动物模型MMTV-PyMT小鼠，它的优点主要是能够很清晰地观察到乳腺癌发生发展的各个不同阶段，经常用于分析早期乳腺癌中的细胞变化。

下面上图！说实话奇点糕本人也是非常惊讶，居然真的能够这么清晰地从颜色就可以辨别到健康的组织和癌组织！

健康组织（上）和癌组织（下）的对比

当然我们也不用全靠眼睛看，使用专业的软件解析图像的色相、饱和度、亮度以及图像像素颜色空间值，就可以以数字化的方法来分析切片的病理结果了。

这里还有一个很有趣的发现。在数字分析结果中，研究者们发现，癌组织和“健康”组织存在一定的重叠，但与“正常”组织是独立的。

“健康”组织其实也是来自MMTV-PyMT小鼠，理论上九成会发展成侵袭前和侵袭性肿瘤，也就是说“健康”组织与来自对照小鼠的“正常”组织并不一样。

这意味着，纳米载玻片是具有早期诊断癌前组织的潜力的。

“健康”组织与癌组织的数字化分析结果存在一定的重叠

MMTV-PyMT小鼠的病理组织复杂性远远不如真实的人类癌组织，所以研究者们又从一项回顾性队列研究中获取了相应的组织样本，包括6例正常组织，6例普通型导管增生（UDH）组织，6例原位导管癌（DCIS）组织和6例侵袭性癌组织。这些样本都经过“金标准”，也就是H＆E形态学评估。

这里要重点聊一下DCIS。DCIS是乳腺癌的早期阶段，包括各种形态各异的病变，在低级别的情况下存在一定的辨别难度，有时候病理医生也会感到头大。如果纳米载玻片能够很好地区分正常上皮和DICS，那绝对是大好事一件。

分析流程

对纳米载玻片来说，辨别正常组织和癌组织是没什么难度了。

正常组织（左）侵袭性癌组织（右）

为了观察对UDH和DCIS的区分，研究者们还制作了连续切片，同时引入了细胞角蛋白5/6（CK5/6）和雌激素受体（ER）作为标记物以便对比。

可以明显观察到，对比UDH，DICS纳米载玻片样本中的颜色明显增加，与CK5/6和ER的变化是一致的。

纳米载玻片足以用于区分UDH和DICS

研究者认为，这种区分恶性/良性/正常组织的方法是比较容易推广到其他癌症类型的，而且使用起来相当方便快捷，无论是作为辅助诊断还是术中病理分析，都是相当有潜力的。

这项研究的通讯作者Brian Abbey表示，纳米载玻片对比传统染色，就好似从黑白电视到彩色电视 。而我等围观群众，也确实像第一次看彩电的人们一样，词穷得厉害，只有：

“这是魔法！”

参考资料：

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-021-03835-2

[2]https://www.latrobe.edu.au/news/articles/2021/release/smart-microscope-slides-detect-cancer

[3]https://www.latrobe.edu.au/news/articles/2021/opinion/revealing-the-colour-of-cancer-cells

本文作者 | 代丝雨

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